Формы нахождения минералов в природе

Лекция 2

Минералы-это химические соединения или самородные элементы, возникшие в результате природных процессов. Подавляющая масса минералов находится в твердом состоянии (например, кварц, слюда, кальцит) реже в жидком (ртуть) или газообразном (сероводород). В природе известно свыше 2000 минералов, но лишь около 25 из них имеют широкое распространение и играют существенную роль в сложении горных пород. Они называются породообразующими минералами и изучаются в курсе общей геологии. Большинство породообразующих минералов находится в кристаллическом состоянии и лишь незначительная часть в аморфном. В кристаллическом теле атомы образуют правильную кристаллическую решетку, а в аморфном веществе закономерность в расположении атомов отсутствует.

В зависимости от условий образования и химического состава минерала образуют характерные скопления зерен или кристаллов, называемые минеральными агрегатами. Наиболее часто встречаются следующие агрегаты:

1) зернистые, которые сложены кристаллическими зернами. Они наиболее распространены в природе примером могут служить каменная соль, гипс, апатит. Если зерна имеют пластинчатую форму, то агрегаты называют листоватыми или чешуйчатыми (слюды, хлорит, тальк). Агрегаты, состоящие из удлиненных в одном направлении зерен называют игольчатыми или волокнистыми (гипс, селенит, асбест). Рыхлые агрегаты, растирающиеся пальцами, называются землистыми (каолинит). От них необходимо отличать плотные агрегаты, в которых нельзя различать отдельные зерна (халцедон).

2) друзы-сростки хорошо образованных кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию. Например, друзы горного хрусталя.

3) секреции- возникают при заполнении минералами пустот в породе. Они имеют обычно концентрическое строение. Мелкие секреции, размером до 10 мм, называют миндалинами. Крупные секреции нередко имеют плотность внутри и называются жеодами.

4) конкреции-шаровидные образования с радиально-лучистым строением. Образуются при отложении минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации.

5) оолиты-небольшие шарики концентрически скорлуповатого строения. По способу образования близки к конкрециям.

6) натечные формы образуются в пустотах пород за счет выпадения солей растворов при их испарении. К ним относят сталактиты, сталогмиты и различные натеки.

7) двойнкии-закономерные сростки двух и более кристаллов. Такие сростки для некоторых минералов довольно типичны.

Основные физические свойства минералов.

Для того, чтобы распознать минералы, надо знать их физические свойства. Главнейшими физическими свойствами минералов являются твердость, спайность, излом, плотность, цвет, цвет черты, блеск, прозрачность и некоторые другие.

Твердость минерала-степень его сопротивления механическому воздействию более прочного тела. В минералогии применяется наиболее простой способ определения твердости царапанием одного минерала другим, т.е. устанавливается относительная твердость. Для ее оценки применяется шкала Мооса, состоящая из 10 эталонных минералов, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие. За эталоны приняты следующие минералы: 1-тальк, 2- гипс, 3- кальцит, 4-флюорит, 5-апатит, 6-ортоклаз, 7-кварц, 8-топаз, 9-корунд, 10-алмаз. Твердость минералов нередко определяют при помощи распространенных предметов. Так, твердость мягкого карандаша-1, ногтя-2, бронзовой монеты-3, железного гвоздя-4, стекла-5. Главная масса минералов обладает твердостью от 2 до 6.

Плотность минералов колеблется в широких пределах от 0,8 для жидких битумов до 23 для минералов группы осмистого иридия. На практике для приблизительного определения плотности пользуются взвешиванием на руке, устанавливая принадлежность минерала к легким-до 2,5, средним-до 4или тяжелым-свыше 4.

Спайность-это способность кристаллов раскалываться по определенным направлениям, образуя поверхности. Эти поверхности называются плоскостями спайности. Различают несколько степеней спайности.

Весьма совершенная

Минерал легко расщепляется на тонкие листочки, получить другие поверхности иначе, чем по спайности, весьма трудно. Такой спайностью обладают слюды, тальк, хлорит.

Совершенная

Минерал при ударе раскалывается по определенным направлениям и дает равные блестящие плоскости спайности. Получить излом по другим направлениям очень трудно. Например, галит, кальцит.

Средняя (или ясная)

При раскалывании минерала наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям. Например, полевые шпаты, роговая обманка.

Несовершенная

Обнаруживается с трудом, ее приходится отыскивать на обломках минерала, причем большая часть обломков ограничена неровными поверхностями излома (апатит, оливин, самородная сера).

Весьма несовершенная

Спайность практически отсутствует, например у кварца, корунда. Спайность у минералов может наблюдаться как по одному направлению (слюда), так и по двум (полевые шпаты) и трем направлениям (кальцит, каменная соль).

Излом-это форма поверхности раскола, на которой нельзя обнаружить элементов спайности. Различают следующие виды излома: раковистый, похожий на внутреннюю поверхность раковины, например, у кварца, халцедона, опала, зернозистый, напоминающий необструганную доску, например у асбеста, селенита, роговой обманки, зернистый-встречается у минералов, имеющих зернистое мелкокристаллическое строение, например, у гипса, ангидрита, землистый-поверхность излома матовая, шероховатая, например, у каолинита, лимонита.

Цвет

Для некоторых минералов цвет является постоянным и характерным признаком, например, малахит-всегда зеленый, галенит-свинцово-серый, пирит-латунно-желтый. Ряд названий дан минералам именно по этому признаку: хлорит-по гречески зеленый, рубин-красный, альбит-белый. Однако для многих минералов цвет нельзя считать основным признаком. Один и тот же минерал, например, кварц, флюорит, гипс-может быть по разному окрашен. При определении цвета минерала необходимо обращать внимание на его прозрачность. К прозрачным минералам относятся кварц, кальцит, флюорит, к непрозрачным-пирит, гематит, графит, лимонит. Цвет черты-это цвет тонкого порошка минерала, остающегося на поверхности фарфоровой пластины при царапании ее минералом. У некоторых минералов цвет черты резко отличается от цвета в куске и в таком случае имеет важное значение при определении. Например, цвет гематита железно-черный, а черта вишнево-красная. Большинство прозрачных и полупрозрачных минералов обладает бесцветной или слабоокрашенной чертой. Поэтому наибольшее диагностическое значение цвет черты имеет для непрозрачных и ярко окрашенных природных соединений. Минералы, обладающие твердостью больше 6, черты не дают.

Блеск

Большинство минералов в отраженном свете обладает блеском. У непрозрачных минералов различают блеск металлический (пирит, галенит, магнетит) и полуметаллический (гематит, графит). У прозрачных минералов различают: алмазный блеск, свойственный таким минералам, как алмаз, сфалерит, стеклянный блеск, присущий кварцу, флюориту, карбонатам, сульфатам, корунду, гранату. Эти виды блеска характерны для гладких поверхностей-плоскостей спайности, граней кристаллов. Неровные, шероховатые поверхности отличаются жирным блеском (сера, нефелин, некоторые минералы обнаруживают перламутровый блеск (слюды, тальк), при параллельно-волокнистом строении минерала можно видеть шелковистый блеск (асбест, селенит). У землистый агрегатов блеск бывает матовым.

Прочие свойства. Для некоторых минералов характерна реакция со слабой соляной кислотой, при которой происходит выделение углекислого газа, сопровождающееся кипением. Эта реакция типична для карбонатов, причем в куске с соляной кислотой активно реагирует кальцит, в порошке-доломит, при нагревании-сидерит и магнезит. К прочим свойствам следует также отнести вкус (галит), ковкость (галенит), горючесть (сера) и т.д.

Классификация минералов. Минералы классифицируют по химическому составу. Важнейшими классами минералов являются: 1) самородные элементы, 2) сульфиды, 3) окислы и гидроокислы, 4) галоиды, 5) карбонаты, 6) сульфаты, 4) фосфаты, 8) силикаты.

Самородные элементы-класс минералов, состоящих из какого-либо одного элемента-графит, сера, золото и т.д.

Сульфиды представляют собой сернистые соединения металлов. К ним относятся пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂, галенит PbS.

Окислы и гидроокислы. К этому классу относятся соединения элементов с кислородом и гидроксильной группой ОН. Самым распространенным минералом этого класса является кварц SiO₂. Скрытокристаллическая разновидность кварца называется халцедоном. Волосатый халцедон называется агатом. Водный окисел кремния SiOnH₂O называется опалом. Среди окислов большое значение имеют окислы железа: гематит Fe₂O₃, магнетит Fe₃O₄ и лимонит Fe₂O₃·nН₂О.

Галоиды-соли галоидных кислот: галит NaCl, сильвин KCl, флюорит CaF₂.

Сульфаты-соли серной кислоты: барит BaSO₄, гипс CaSO₄·2Н₂О, ангидрит CaSO₄.

Карбонаты-соли угольной кислоты: кальцит CaCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂, магнезит Mg(CO₃) и сидерит FeCO₃. Прозрачный кальцит, у которого резко выражено двойное лучепреломление, называется исландским шпатом.

Фосфаты-соли фосфорной кислоты: апатит и фосфорит.

Силикаты-самый распространенный в природе класс минералов, составляющий по весу около 75% всей земной коры. К классу силикатов относятся соли различных кислот кремния. В отличие от минералов всех других классов силикаты имеют сложное строение кристаллических решеток и очень разнообразны. Поэтому этот класс подразделяется на несколько групп, важнейшими из которых являются полевые шпаты, прикосены, амфиболы, слюды. Полевые шпаты-наиболее распространенная в природе группа минералов, составляющая около 5% от массы земной коры. Среди них выделяются калиевые и кальциевые полевые шпаты, или плагиоклазы. К калиевым полевым шпатам относятся ортоклаз K(AlSi₃O₈) и микроклин K(AlSi₃О₃)·(Nа). Прозрачная разновидность ортоклаза называется санидином.

Плагиоклазы представляют собой изоморфную смесь альбита Na(AlSi₃O₈) и анортита Са(АlSi₂O₈), имеющих одинаковую кристаллическую решетку. Состав плагиоклазов принято выражать номерами от 0 до 100 в зависимости от процентного содержания анортита. Плагиоклазы с номерами от 0 до 1 получили название альбита, от 10 до 30-олигоклаза, от 30 до 50 андезина, от 50 до 70 лабрадора, от 70 до 90-битовнита и наконец от 90 до 100-анортита. Ряд плагиоклазов от 0 до 30 относят к кислым, от 30 до 50- к средним, от 50 до 100-к основным. Минералы группы пироксенов подразделяются на ромбические и моноклинные. К ромбическим пироксенам относятся энстатит, гиперстен, к моноклинным-авгит, диопсид, эгирин. Среди представителей группы амфиболов наибольшее значение имеют обыкновенная роговая обманка, базальтинская роговая обманка и актинолит. Самыми распространенными минералами группы слюд являются биотит и мусковит. Среди других силикатов важное значение имеют минералы группы фельшпатитов-нефелин и лейцит, а также оливин, тальк, хлорит, серпентин и каолинит.

Понятие о горных породах

Горной породой называется естественный агрегат минералов, связанных общностью происхождения. Например, горная порода, называемая гранитом, состоит из кварца, ортоклаза, роговой обманки и слюды. Это основные минералы, входящие в состав гранита. Они спаяны друг с другом и представляют собой не случайное скопление, а закономерное сочетание, образующиеся в определенных геологических условиях. Известны также горные породы, состоящие из нескольких минералов, называют полиминеральными, а из одного минерала-мономинеральными. Минералы, содержащиеся в породах в количестве более 5 %, называются породообразующими, присутствующие в виде незначительной примеси-акцессорными. Все горные породы по своему происхождению (генезису) делятся на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образуются в процессе остывания и кристаллизации вещества Земли, находящегося до этого в расплавленном состоянии.

Осадочные породы образуются в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения.

Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород, подвергшихся в недрах земной коры действию высоких температур, давлений и химически активных веществ. Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих земную кору. На осадочные и метаморфические породы приходится только 5%.

Кроме минерального состава и происхождения, горные породы отличаются друг от друга структурой, текстурой и формами залегания в земной коре.

Структура горных пород (строение) определяется размером, формой и характером срастания минеральных зерен, слагающих породу.

Текстура горных пород (сложение) определяется пространственным взаиморасположением слагающих ее минеральных зерен и характером заполнения объема породы.